압력용기 설계 시 열처리 고려

중요한 부품의 용접, 합금강의 용접 및 두꺼운 부품의 용접은 모두 용접 전에 예열이 필요합니다.용접 전 예열의 주요 기능은 다음과 같습니다.

(1) 예열은 용접 후 냉각 속도를 늦출 수 있으며, 이는 용접 금속에서 확산성 수소의 탈출에 도움이 되고 수소 유도 균열을 방지합니다.동시에 용접 및 열 영향부의 경화 정도가 감소하고 용접 조인트의 내균열성이 향상됩니다.

(2) 예열은 용접 응력을 감소시킬 수 있다.균일한 국부 예열 또는 전체 예열은 용접 영역에서 용접될 작업물 사이의 온도 차이(온도 구배라고도 함)를 줄일 수 있습니다.이러한 방식으로 한편으로는 용접 응력이 감소하고 다른 한편으로는 용접 변형률이 감소하여 용접 균열을 방지하는 데 유리합니다.

(3) 예열은 용접 구조의 구속, 특히 필렛 조인트의 구속을 줄일 수 있습니다.예열 온도가 증가하면 균열 발생률이 감소합니다.

예열온도 및 층간온도의 선정은 강재 및 전극봉의 화학적 조성뿐만 아니라 용접구조물의 강성, 용접방법, 주위온도 등을 종합적으로 고려하여 결정하여야 한다. 요인.

또한, 강판 두께 방향의 예열 온도 균일성 및 용접부 균일성은 용접 응력 감소에 중요한 영향을 미친다.국부 예열의 폭은 용접될 공작물의 구속에 따라 결정되어야 합니다.일반적으로 용접 부위 주변 벽 두께의 3배이어야 하며 150-200mm 이상이어야 합니다.예열이 균일하지 않으면 용접 응력이 감소하는 대신 용접 응력이 증가합니다.

용접 후 열처리에는 수소 제거, 용접 응력 제거, 용접 구조 및 전반적인 성능 개선의 세 가지 목적이 있습니다.

용접 후 탈수소화 처리는 용접이 완료되고 용접이 100 °C 이하로 냉각되지 않은 후에 수행되는 저온 열처리를 말합니다.일반적인 사양은 200~350℃로 가열하고 2~6시간 동안 유지하는 것입니다.용접 후 수소 제거 처리의 주요 기능은 용접부 및 열영향부에서 수소의 탈출을 가속화하는 것이며, 이는 저합금강 용접 시 용접 균열을 방지하는 데 매우 효과적입니다.

용접 과정에서 가열과 냉각의 불균일성 및 구성 요소 자체의 구속 또는 외부 구속으로 인해 용접 작업이 완료된 후 항상 구성 요소에 용접 응력이 발생합니다.구성 요소에 용접 응력이 존재하면 용접 조인트 영역의 실제 지지력이 감소하고 소성 변형이 발생하며 심한 경우 구성 요소가 손상될 수도 있습니다.

응력 완화 열처리는 용접 응력 완화 목적을 달성하기 위해 고온에서 용접된 공작물의 항복 강도를 감소시키는 것입니다.일반적으로 사용되는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 전체 고온 템퍼링입니다. 즉, 전체 용접물을 가열로에 넣고 천천히 특정 온도로 가열한 다음 일정 시간 동안 유지하고 마지막으로 공기 중에서 냉각하거나 용광로에서.

이러한 방식으로 용접 응력의 80%-90%를 제거할 수 있습니다.또 다른 방법은 국부 고온 템퍼링입니다. 즉, 용접부와 그 주변 영역만 가열한 다음 천천히 냉각하여 용접 응력의 피크 값을 줄이고 응력 분포를 비교적 평평하게 만들고 용접 응력을 부분적으로 제거합니다.

일부 합금강 재료가 용접된 후 용접 조인트는 경화된 구조로 나타나 재료의 기계적 특성을 저하시킵니다.또한, 이 경화된 구조는 용접 응력과 수소의 작용으로 접합부가 파괴될 수 있습니다.열처리 후 조인트의 금속 구조가 개선되고 용접 조인트의 가소성 및 인성이 향상되며 용접 조인트의 종합적인 기계적 특성이 향상됩니다.

탈수소 처리는 300~400도의 가열 온도 범위 내에서 일정 시간 동안 보온하는 것입니다.목적은 용접 조인트에서 수소의 탈출을 가속화하는 것이며, 탈수소화 처리의 효과는 저온 후열보다 더 좋습니다.

용접 후 및 용접 후 열처리, 적시 후 가열 및 용접 후 탈수소 처리는 용접의 냉간 균열을 방지하는 효과적인 조치 중 하나입니다.후판의 멀티패스 및 다층용접에서 수소축적에 의한 수소유기균열은 2~3회 중간수소제거처리를 하여야 한다.

압력용기 설계 시 열처리 고려

압력 용기 설계에서 열처리에 대한 고려 금속 특성을 개선하고 복원하는 전통적이고 효과적인 방법인 열처리는 항상 압력 용기의 설계 및 제조에서 상대적으로 약한 고리였습니다.

압력 용기에는 네 가지 유형의 열처리가 포함됩니다.

용접 후 열처리(응력 제거 열처리);재료 특성을 개선하기 위한 열처리;재료 특성을 복원하기 위한 열처리;용접 후 수소 제거 처리.여기서 초점은 압력 용기 설계에 널리 사용되는 용접 후 열처리와 관련된 문제를 논의하는 것입니다.

1. 오스테나이트 스테인리스강 압력 용기에 용접 후 열처리가 필요합니까?용접 후 열처리는 고온에서 금속 재료의 항복 한계 감소를 사용하여 응력이 높은 곳에서 소성 흐름을 생성하여 용접 잔류 응력을 제거하는 목적을 달성하고 동시에 용접 조인트 및 열 영향부의 소성 및 인성을 향상시키고 응력 부식에 저항하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.이 응력 완화 방법은 체심 입방정 결정 구조를 갖는 탄소강, 저합금강 압력 용기에 널리 사용됩니다.

오스테나이트계 스테인리스 강의 결정 구조는 면심 입방체입니다.면심 입방체 결정 구조의 금속 재료는 체심 입방체보다 슬립면이 더 많기 때문에 우수한 인성과 변형 강화 특성을 나타냅니다.

또한 압력 용기의 설계에서 부식 방지와 온도의 특수한 요구 사항을 충족하는 두 가지 목적을 위해 스테인리스 스틸이 종종 선택됩니다.또한 스테인레스 스틸은 탄소강 및 저 합금강에 비해 비싸기 때문에 벽 두께가 그다지 높지 않습니다.두꺼운.

따라서 정상 작동의 안전성을 고려하여 오스테나이트 스테인리스강 압력 용기에 대한 용접 후 열처리 요구 사항이 필요하지 않습니다.

사용에 따른 부식은 피로, 충격하중 등 비정상적인 작동조건에 의한 열화 등의 재료 불안정성을 기존 설계에서는 고려하기 어려웠다.이러한 상황이 존재하는 경우 관련 과학 및 기술 인력(예: 설계, 사용, 과학 연구 및 기타 관련 단위)은 심층 연구, 비교 실험을 수행하고 실현 가능한 열처리 계획을 세워야 합니다. 압력 용기의 서비스 성능은 영향을 받지 않습니다.

그렇지 않으면 오스테나이트계 스테인리스강 압력 용기에 대한 열처리의 필요성과 가능성이 충분히 고려되지 않으면 탄소강 및 저합금강과 유추하여 단순히 오스테나이트계 스테인리스강에 대한 열처리 요구 사항을 만드는 것은 실현 불가능한 경우가 많습니다.

현재 표준에서는 오스테나이트 스테인리스강 압력 용기의 용접 후 열처리에 대한 요구 사항이 다소 모호합니다.GB150에 규정되어 있습니다.

다른 경우 열처리 여부는 사람의 이해에 따라 다를 수 있습니다.GB150에는 용기와 그 압력 구성 요소가 다음 조건 중 하나를 충족하고 열처리되어야 한다고 규정되어 있습니다.두 번째 및 세 번째 항목은 “액화 석유 가스, 액체 암모니아 등을 포함하는 용기와 같이 응력 부식이 있는 용기”입니다.및 "매우 또는 매우 독성이 강한 매체를 포함하는 용기".

"도면에 달리 명시되지 않는 한 오스테나이트 스테인리스강의 용접 조인트는 열처리할 수 없습니다"라고만 규정되어 있습니다.

표준 표현의 수준에서 이 요구 사항은 주로 첫 번째 항목에 나열된 다양한 상황에 대한 것으로 이해되어야 합니다.상술한 두 번째 및 세 번째 상황은 반드시 포함되지 않을 수 있다.

이러한 방식으로 오스테나이트계 스테인리스강 압력 용기의 용접 후 열처리 요구 사항을 보다 포괄적이고 정확하게 표현할 수 있으므로 설계자는 실제 상황에 따라 오스테나이트계 스테인리스강 압력 용기의 열처리 여부와 방법을 결정할 수 있습니다.

"용량 규정" 99판의 74조에는 다음과 같이 명시되어 있습니다. "오스테나이트 스테인리스강 또는 비철금속 압력 용기는 일반적으로 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다.특별한 요구사항을 위해 열처리가 필요한 경우 도면에 표시해야 합니다.”

2. 폭발성 스테인레스 스틸 클래드 강판 용기의 열처리 폭발성 스테인레스 스틸 클래드 강판은 우수한 내식성, 기계적 강도 및 합리적인 비용 성능의 완벽한 조합으로 인해 압력 용기 산업에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.열처리 문제도 압력 용기 설계자의 주의를 기울여야 합니다.

압력 용기 설계자가 일반적으로 복합재 패널에 대해 중요하게 여기는 기술 지표는 결합 속도인 반면, 복합재 패널의 열처리는 종종 거의 고려되지 않거나 관련 기술 표준 및 제조업체에서 고려해야 합니다.금속 복합 패널을 발파하는 과정은 본질적으로 금속 표면에 에너지를 가하는 과정입니다.

고속 펄스의 작용하에 복합 재료는 모재와 비스듬히 충돌하고 금속 제트 상태에서 클래드 금속과 모재 사이에 지그재그 복합 계면이 형성되어 원자 간의 결합을 달성합니다.

폭발 가공 후의 모재는 실제로 변형 강화 공정을 거칩니다.

그 결과 인장강도 σb가 증가하고 소성지수가 감소하며 항복강도 값 σs가 뚜렷하지 않다.Q235 계열 강재이든 16MnR이든 폭발 처리 후 기계적 특성을 테스트하면 모두 위의 변형 강화 현상을 나타냅니다.이와 관련하여, 티타늄-스틸 클래드 플레이트 및 니켈-스틸 클래드 플레이트 모두 클래드 플레이트가 폭발 컴파운딩 후에 응력 제거 열처리를 받을 것을 요구한다.

용량계 99판에도 이에 대한 명확한 규정이 있지만 폭발성 복합 오스테나이트계 스테인리스 강판에 대해서는 그런 규정이 없다.

현재 관련 기술 표준에서 폭발 처리 후 오스테나이트계 스테인리스 강판을 열처리할지 여부와 방법에 대한 질문은 비교적 모호합니다.

GB8165-87 "Stainless Steel Clad Steel Plate"는 "공급자와 구매자 간의 계약에 따라 열간 압연 상태 또는 열처리 상태로 인도할 수도 있습니다."라고 규정합니다.레벨링, 트리밍 또는 절단을 위해 제공됩니다.요청 시 합성물 표면을 산세척, 부동태화 또는 광택 처리할 수 있으며 열처리된 상태로 공급할 수도 있습니다.”

열처리가 어떻게 수행되는지에 대한 언급은 없습니다.이러한 상황의 주된 이유는 앞서 언급한 오스테나이트계 스테인리스강이 입계부식을 일으키는 민감한 영역의 문제입니다.

GB8547-87 "티타늄강 클래드 플레이트"는 티타늄강 클래드 플레이트의 응력 제거 열처리를 위한 열처리 시스템이 540℃ ± 25℃, 3시간 동안 열 보존이라고 규정합니다.그리고 이 온도는 오스테나이트계 스테인리스강의 민감화 온도 범위(400℃~850℃)에 딱 맞습니다.

따라서 폭발성 복합 오스테나이트 스테인리스 강판의 열처리에 대한 명확한 규정을 제시하는 것은 어렵습니다.이에 대해 당사의 압력용기 설계자는 명확한 이해와 충분한 주의를 기울이고 그에 상응하는 조치를 취해야 합니다.

우선, 1Cr18Ni9Ti는 저탄소 오스테나이트계 스테인리스강 0Cr18Ni9에 비해 탄소 함량이 높고 예민화가 발생하기 쉽고 입계 부식에 대한 저항이 감소하기 때문에 클래드 스테인리스강에 사용해서는 안됩니다.

또한 폭발성 복합 오스테나이트계 스테인리스 강판으로 만든 압력 용기 쉘과 헤드를 고압, 압력 변동 및 극도로 위험한 매체와 같은 열악한 조건에서 사용하는 경우 00Cr17Ni14Mo2를 사용해야 합니다.초저탄소 오스테나이트계 스테인리스강은 민감화 가능성을 최소화합니다.

복합 패널에 대한 열처리 요구 사항을 명확하게 제시하고 열처리 시스템은 관련 당사자와 협의하여 결정하여 기본 재료가 일정량의 소성 비축량을 갖고 복합 재료가 필요한 내식성.

3. 장비의 전체 ​​열처리를 다른 방법으로 대체할 수 있습니까?제조업체의 조건과 경제적 이익의 한계로 인해 많은 사람들이 압력 용기의 전체 열처리를 대체하는 다른 방법을 모색했습니다.이러한 탐색은 유익하고 가치가 있지만 현재로서는 압력 용기의 전체 열처리를 대체하지도 않습니다.

통합 열처리에 대한 요구 사항은 현재 유효한 표준 및 절차에서 완화되지 않았습니다.전체 열처리에 대한 다양한 대안 중 보다 일반적인 것은 국부 열처리, 용접 잔류 응력을 제거하는 해머링 방법, 용접 잔류 응력 및 진동을 제거하는 폭발 방법, 열탕 방법 등입니다.

부분 열처리: GB150-1998 "강철 압력 용기"의 10.4.5.3에 규정되어 있습니다: "B, C, D 용접 조인트, 구형 헤드와 실린더를 연결하는 A 유형 용접 조인트 및 결함 용접 수리 부품은 부분 열처리.열처리 방법.”이 규정은 실린더의 클래스 A 용접에 대해 국부 열처리 방법이 허용되지 않음을 의미합니다. 즉, 전체 장비가 국부 열처리 방법을 사용할 수 없으며 그 이유 중 하나는 용접 잔류 응력을 대칭적으로 제거됩니다.

해머링 방법은 용접 잔류 응력을 제거합니다. 즉, 수동 해머링을 통해 적층 응력이 용접 조인트 표면에 중첩되어 잔류 인장 응력의 악영향을 부분적으로 상쇄합니다.

원칙적으로 이 방법은 응력 부식 균열 방지에 일정한 억제 효과가 있습니다.

그러나 실제 운영과정에서 정량적 지표와 보다 엄격한 운영절차가 없고, 비교 및 ​​활용을 위한 검증작업이 미흡하여 현행기준으로 채택되지 못하고 있다.

용접잔류응력을 없애기 위한 폭파방법 : 폭약을 특수테이프 형태로 만들어 용접이음부의 표면에 장비의 내벽을 붙인다.메커니즘은 용접 잔류 응력을 제거하는 해머 방식과 동일합니다.

이 방법은 해머링 방식의 단점을 일부 보완하여 용접 잔류 응력을 제거할 수 있다고 합니다.그러나 일부 장치는 동일한 조건의 두 개의 LPG 저장 탱크에서 용접 잔류 응력을 제거하기 위해 전체 열처리 및 폭발 방법을 사용했습니다.수년 후 탱크 개구부 검사에서 전자의 용접 이음부는 온전한 반면 폭발 방법으로 잔류 응력이 제거된 저장 탱크의 용접 이음부는 많은 균열이 나타났습니다.이런 식으로 용접 잔류 응력을 제거하기 위해 한때 인기 있었던 폭발 방법은 조용합니다.

여러 가지 이유로 압력 용기 산업에서 허용되지 않는 다른 용접 잔류 응력 제거 방법이 있습니다.한마디로 압력용기의 용접후열처리(로내 부열처리 포함)는 에너지소모가 높고 사이클타임이 길다는 단점이 있으며, 압력 용기의 구조이지만 여전히 현재의 압력 용기 산업입니다.모든 면에서 허용되는 용접 잔류 응력을 제거하는 유일한 방법입니다.